電脈沖儲(chǔ)層處理技術(shù)在煤層氣中的試驗(yàn)與應(yīng)用

王宇紅

晉城煤業(yè)集團(tuán)沁水藍(lán)焰煤層氣公司，山西晉城 048204

電脈沖儲(chǔ)層處理技術(shù)在煤層氣中的試驗(yàn)與應(yīng)用

王宇紅

晉城煤業(yè)集團(tuán)沁水藍(lán)焰煤層氣公司，山西晉城 048204

煤層氣井在生產(chǎn)過程中受排采強(qiáng)度的影響，在煤層裂隙中會(huì)發(fā)生氣鎖和水鎖現(xiàn)象，煤粉等固體顆粒堵塞氣體通道，造成產(chǎn)水產(chǎn)氣量的變化。電脈沖儲(chǔ)層處理技術(shù)通過沖擊波壓力作用于煤儲(chǔ)層及裂隙系統(tǒng)中，可以溝通和擴(kuò)展裂縫，解除裂縫的堵塞，促進(jìn)煤層氣的解吸從而提高煤層氣井的產(chǎn)量。

煤層氣；電脈沖；排采強(qiáng)度；儲(chǔ)層處理

煤層具有低滲、低壓、低飽和的特點(diǎn)，對(duì)煤層壓裂改造目的就是要擴(kuò)大和溝通煤層中的裂隙和孔隙，增大流體的滲流面積和降低煤層的儲(chǔ)層壓力，從而提高煤層氣的產(chǎn)能。煤層氣井的生產(chǎn)過程對(duì)煤儲(chǔ)層的影響是長期的，由于排采制度的制定和執(zhí)行不當(dāng)，將導(dǎo)致在煤層裂隙中發(fā)生氣鎖和水鎖現(xiàn)象，煤粉等固體顆粒堵塞裂縫，降低了煤儲(chǔ)層的滲透率，從而降低煤層氣的產(chǎn)能甚至被徹底報(bào)廢無法生產(chǎn)。

1 電脈沖技術(shù)原理

電脈沖裝置由地面控制電源柜和井下設(shè)備組成，地面電源控制柜通過電纜控制井下設(shè)備并提供電源，井下高壓直流電源為高聚能儲(chǔ)能電容器充電；待充電到能量控制器的工作值時(shí)，能量控制器瞬間將電容器中儲(chǔ)存的電能快速傳遞給能量轉(zhuǎn)換器；能量轉(zhuǎn)換器在水中以液電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（沖擊波能量）；沖擊波通過套管孔眼后作用于煤儲(chǔ)層裂隙。電脈沖裝置的技術(shù)參數(shù)：放電電壓30kV；裝置儲(chǔ)能4.5kJ；放電電流50kA；沖擊波峰值壓力＞100MPa；工作頻率3次/min～6次/min。

電脈沖技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：電脈沖技術(shù)是純物理技術(shù)，除水外不需要向井內(nèi)注入任何物質(zhì)，因此不會(huì)污染、傷害煤層；電脈沖以沖擊壓力作用于煤層，有別于壓裂改造煤層技術(shù)，對(duì)煤層“壓實(shí)”作用不明顯；電脈沖產(chǎn)生的沖擊波脈寬在0.5μs以內(nèi)可調(diào)，比射孔彈爆炸的脈沖寬度窄，不會(huì)損傷套管和水泥環(huán)；依賴高功率機(jī)理，節(jié)約能耗；電脈沖技術(shù)可以對(duì)一點(diǎn)進(jìn)行可控的重復(fù)頻率作用；作業(yè)中伴生的電磁輻射對(duì)煤層氣解吸有作用。

2 電脈沖作用機(jī)理

2.1 促進(jìn)煤層氣解吸

在高能量沖擊波壓力作用下，煤巖表面的微觀凸起被削平表面分子可能重新排列，煤巖的表面積相對(duì)減小吸附能力降低。沖擊波過后，在相同的壓力梯度和壓降速度下，臨界解吸壓力下降，單井產(chǎn)量和采收率得以提高。

2.2 對(duì)煤層的造縫作用

煤層在沖擊波壓力作用下，斷裂強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度明顯小于靜態(tài)。當(dāng)作用沖擊力峰值超過巖石的疲勞強(qiáng)度時(shí)就會(huì)造成新的裂縫。同時(shí)煤層在壓裂改造后，仍有部分裂縫不能有效貫通，部分孔喉道狹窄，各項(xiàng)同性的沖擊波能夠貫通裂縫和擴(kuò)展孔喉道，裂縫的增加和溝通提高了煤層的滲透率，提高煤層氣井的產(chǎn)能。

2.3 解堵作用

沖擊波在不同密度介質(zhì)上產(chǎn)生的速度、加速度有很大的差異，從而在波阻抗相差較大的介質(zhì)界面會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的剪切力，巨大的剪切力可以使附著在煤基質(zhì)上的雜物脫落，堵塞在滲流通道中的煤粉等固體顆粒松動(dòng)，隨滲流排出從而起到煤層解堵作用。

沖擊波在儲(chǔ)層介質(zhì)不同位置上壓差的方向和大小交替變化，使液體由滯留區(qū)向排液活動(dòng)區(qū)流動(dòng)，改變了孔隙中液、固、氣界面的動(dòng)態(tài)，克服了毛細(xì)管的束縛滯留效應(yīng)。彈性沖擊波在飽和多孔介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)使多孔介質(zhì)被壓縮和擴(kuò)張，造成孔道直徑大小變化，引起毛細(xì)管力的變化，達(dá)到解除煤儲(chǔ)層中的氣鎖和水鎖現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)電脈沖技術(shù)的特點(diǎn)，在鄭莊區(qū)塊選取了4口壓裂運(yùn)行井進(jìn)行試驗(yàn)，分別針對(duì)不同井況進(jìn)行應(yīng)用總結(jié)。作業(yè)過程中要始終保持液面在煤層射孔段以上200m，通過大強(qiáng)度電脈沖施工，改善煤儲(chǔ)層的滲流擴(kuò)散能力，配合排采制度提高煤層氣的產(chǎn)量。具體試驗(yàn)情況見表1。

表1 電脈沖試驗(yàn)井運(yùn)行參數(shù)對(duì)比表

4 結(jié)論

1）電脈沖作業(yè)完成投入運(yùn)行后，各井的井口壓力、產(chǎn)水產(chǎn)氣量比作業(yè)前都有了一定幅度的上升，電脈沖技術(shù)對(duì)消除煤儲(chǔ)層的水鎖、氣鎖現(xiàn)象，解除煤粉堵塞，改善煤儲(chǔ)層滲流擴(kuò)散能力，提高煤層井的產(chǎn)能能起到一定的功效；

2）在作業(yè)過程中ZH038、ZH003-2井不同程度的出現(xiàn)了井內(nèi)噴水現(xiàn)象，說明電脈沖技術(shù)能夠起到溝通煤儲(chǔ)層滲流通道作用。在針對(duì)壓裂后不產(chǎn)氣或者產(chǎn)氣量下降的煤層氣井，電脈沖技術(shù)有較好的適用前景；

3）作業(yè)完成后四口井在產(chǎn)水產(chǎn)氣量上雖都有提高，但是距離預(yù)期目標(biāo)還有很大的差距，說明本次作業(yè)施工方案對(duì)煤儲(chǔ)層改造作用是有限的，在以后的試驗(yàn)中對(duì)不同井況煤層氣井要有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，優(yōu)化施工方案從而增加電脈沖技術(shù)儲(chǔ)層改造的影響半徑；

4）在以后的試驗(yàn)中可以研究探索把電脈沖技術(shù)同水力壓裂技術(shù)相結(jié)合起來，增加壓裂裂縫的有效延伸長度，以提高煤層氣井的產(chǎn)能。

[1]孟召平，田永東，李國富.沁水盆地南部煤儲(chǔ)層滲透性與地應(yīng)力之間關(guān)系和控制機(jī)理[J].自然科學(xué)進(jìn)展，2009，19(10)：1142-1148.

[2]張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].東營：石油大學(xué)出版社，2006.

[3]賀天才，秦勇.煤層氣勘探與開發(fā)利用技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

P618

A

1674-6708（2011）51-0125-01

王宇紅，工程師，主要從事煤礦與煤層氣地質(zhì)以及煤層氣排采技術(shù)工作